火箭“排队”等发射，你见过吗？

4月2日的《新闻联播》，报道了我国首个商业航天发射场——海南国际商业航天发射中心的“抢手”程度。

△海南国际商业航天发射中心

发射场还在建设中，多家国内头部商业航天企业就已经开始排队等发射。

看到这则报道，不少人可能会好奇，航天不是“国家队”的事吗？什么是商业航天？

今年，“商业航天”首次写入政府工作报告。我国为何要大力发展商业航天？商业航天驶向星辰大海，又将给我们的生活带来哪些改变？

让我们先从一组数据说起。

2023年，中国航天共实施67次发射任务，发射载荷质量达155吨，研制发射221个航天器。发射次数和发射载荷质量均位居世界第二。

再来看看第一的成绩，2023年，美国共发射火箭116次，重点是，其中98次都来自一家商业航天公司——美国太空探索技术公司（SpaceX）。

除去两次试验性的"星舰"发射任务，2023年，SpaceX的"猎鹰9号"和"重型猎鹰"这两款可重复使用的运载火箭共执行了96次发射任务，并且全部成功，占全球发射总数的43%。

在2023年，SpaceX的发射总质量为1195吨，占全球发射总质量的80%；发射的卫星总数为2514颗，其中"星链"卫星占了1948颗，占全球发射卫星总数的87%。

这些令人震惊的数字，展现了商业航天的巨大潜力。作为一家私营航天企业，SpaceX已经成为美国航天事业的中坚力量。

商业航天指的是以市场需求为导向，拥有商业盈利模式的航天活动，"市场"、"商业"和"盈利"是其核心关键词。

商业航天的起源可以追溯到21世纪初的美国，在那个时期，面对航天发展停滞和发射成本高昂的问题，美国政府鼓励私营航天企业参与到航天行业中，以期带来新的活力和创新。

经过多年的发展，在众多私营航天企业中，由埃隆·马斯克于2002年创建的SpaceX公司脱颖而出，它开创了火箭的可重复使用技术，不断突破技术瓶颈，极大地推动了航天行业的发展，同时大幅降低了航天活动的成本。

根据SpaceX官方网站公布的数据，"猎鹰9号"火箭的单次发射成本大约为每千克3000美元，而在此之前，全球商业航天发射的成本通常在每千克1万到2万美元之间。按照马斯克的设想，未来"星舰"投入使用后，将实现每天三次发射，并将每千克的发射成本降至200美元。

△猎鹰 9 号静态点火测试完成

如今，依托强大的发射能力和低廉的发射成本，SpaceX正在加速打造自己的低轨卫星互联网星座——“星链”。

什么是低轨卫星互联网？打开地图，我们会发现，城市只是一个个散点，大面积的都是野外，在野外都建上基站，维护成本过高，卫星则是更好的办法。通过低轨卫星互联网，能够构建起一个天地互补、全球无缝覆盖的网络环境。

它一方面能够满足当前城市基站未能覆盖地区人与人之间的通信需求，例如在飞机旅行或极限探险等特定场景下。

更为关键的是，它致力于发展下一代物联网应用，目标是构建一个全面互联且更加智能化的世界。例如，在沙漠或海洋等环境恶劣的地区，如果网络连接不再是障碍，那么工程设备和机器人就可以代替人工进行巡查和维护。

SpaceX拥有"星链"项目，中国也在积极发展自己的卫星互联网星座。正如尽管已有成熟的GPS定位系统，中国仍需建立自己的北斗卫星导航系统，这样做的目的是为了在关键时刻能够自主控制，不受外部制约。

△千帆星座在轨运行示意图

首先要考虑的是频轨资源。

联合国下属的国际电信联盟（ITU）规定，卫星频率及轨道按照申报顺序获得优先使用权，也就是先到先得。

根据ITU数据，地球低轨卫星总容量约6万颗，目前各国申报数量已超7万颗。而按照SpaceX的“星链计划”，要在2027年前将4.2万颗卫星送入低轨。

频轨资源有限，中国当然不会坐等他人“跑马圈地”。

2020年，中国向ITU提交了星座频谱申请，计划发射约1.3万颗低轨卫星，代号GW。2021年，中国卫星网络集团有限公司成立。此外，根据公开资料，由上海市政府主导的G60星座也计划发射超万颗低轨卫星。

提交申请并不等同于永久解决问题，根据国际电信联盟（ITU）的规定，如果在规定的时间内未能达到发射数量的要求，将可能失去轨道使用权。

因此，发射能力变得极其重要。

目前，"星链"卫星的发射总数已经超过6000颗，占全球低轨道卫星总数的一半以上。仅在2023年，SpaceX就发射了1948颗"星链"卫星。

显而易见，目前"星网工程"和G60星座等大规模建设项目的推进，将产生巨大的卫星发射需求，而火箭的发射能力已经成为决定这些星座计划能否按时完成的关键因素。

从长远来看，如果SpaceX的重型全重复使用火箭"星舰"成功并全面进入市场，实现定期航班化发射，可能会出现这样一种情况：全球大部分的发射活动都由SpaceX公司完成，而且这些"大部分"的总成本甚至比剩余的"小部分"还要低。这种情况如果发生，将对中国航天业的发展构成重大挑战。

为了弥补发射能力的不足，无论是国家队还是商业航天企业，都在积极努力。每个人都是中国航天事业的一部分，无论谁取得进步，都将推动中国航天事业向更广阔的宇宙深处发展。

△2024年1月11日，我国自主研制的全球最大固体运载火箭引力一号成功首飞。

“对国内商业火箭企业来说，未来5到10年是非常重要的战略发展机遇期，我们要加油干，拼命干，抓住这样一个窗口期，也是助力我国夺取未来空天话语权。”蓝箭航天火箭研发部总经理、朱雀三号火箭总指挥戴政这样表示。

在2023年，中国商业运载火箭的发射频率和成功率都有了显著的提高，全年共完成了13次发射任务，与2022年的5次发射相比，增长了160%。

截至目前，我国成功将火箭发射入轨的商业火箭企业就包括——星际荣耀、星河动力、蓝箭航天、天兵科技、中科宇航、东方空间。

今年三月份，SpaceX对其新型运载火箭"星舰"进行了第三次试射，这一事件引发全球关注。

根据SpaceX官方网站的介绍，"星舰"是迄今为止全球规模最大、运载能力最强的运载火箭，它被设计为一二级全重复使用型。其总高度大约为121米，由底部的"超重型推进器"和顶部的飞船组成。"超重型推进器"配备了33台"猛禽"发动机，能够产生超过7000吨的推力。在完全重复使用的情况下，其运载能力最高可达150吨；而在不考虑回收的一次性使用情况下，运载能力最高可达250吨。

在这次发射中，"星舰"飞船成功地进入了轨道，但是一级和二级飞船并没有完成回收试验动作。这表明，这款人类历史上最大的火箭已经能够实现入轨，但要达到全重复使用的目标，还有很长的路要走。

“星舰”试射如火如荼，许多人想问，我国的商业火箭发展如何？与SpaceX还有多大差距？

戴政从“三步走”的角度解释了我国商业火箭的进度条。

他介绍，SpaceX的火箭研发技术路径，分三步走——

第一步，先研发制造一次性小型火箭，也就是“猎鹰1号”。

第二步，再研发制造部分可重复使用的中大型火箭，也就是“猎鹰9号”。它的起飞质量约550吨，相较“猎鹰1号”翻了约10倍；一级可重复使用，二级一次性使用，是部分重复使用的火箭。2016年，“猎鹰9号”一级实现回收复用，如今，其中单枚火箭一级已经实现19次复用。

第三步，研发制造大型运载火箭系统“星舰”。“星舰”起飞质量超5000吨，相比“猎鹰9号”又翻了约10倍。在可复用能力上也进一步“加码”，一级和二级飞船均可重复使用，是全重复使用的火箭。

无论是美国还是我国的商业火箭企业，也都在不约而同地延续这样的“三步走”。

2023年4月，天兵科技研制的“天龙二号”液体运载火箭成功首飞。

△2023年4月2日，天龙二号遥一运载火箭发射成功。

2023年7月，蓝箭航天朱雀二号遥二运载火箭发射取得圆满成功，摘得全球首枚成功入轨液氧甲烷火箭的桂冠。

液氧甲烷是目前全球商业航天企业公认的未来低成本商业火箭的主流推进剂，“星舰”使用的也是液氧甲烷发动机。

△2023年7月12日，朱雀二号遥二运载火箭发射成功。

可以说，我国民营火箭企业已经跨过了第一步，如今正在迈向第二步，即研发一款一级可重复使用的运载火箭。

根据天兵科技的公开信息，旗下直接对标SpaceX猎鹰9号的“天龙三号”计划今年7月首飞，火箭一子级具备可自主返回、重复使用的能力。

蓝箭航天的朱雀三号计划明年首飞，它同样定位为大型可复用液氧甲烷运载火箭，一子级设计复用次数不少于20次。未来它的发射成本将下降到每公斤2万元以下，相比目前国内民营火箭每公斤约8万至11万元大幅降低。

此外，民营火箭企业在研的可重复使用火箭还有东方空间的引力二号、星河动力的智神星一号等多个型号。

△智神星一号

那么，要跨过第二步，实现火箭回收，难度究竟有多大？

戴政用一个形象的比喻来说明这一点，“让运载火箭从100多公里的高度落回到半个足球场大的场坪，就像在十层楼拿一支笔，将它精确地投到放在楼下的笔筒里。”

首先，需要解决的是发动机推力的调节问题。传统火箭发动机的推力是固定的，一旦点火就按照额定推力工作。但可回收火箭的发动机需要能够调节推力。在火箭一二级分离后，回收的一级需要重新点火，如果推力不能调节，就无法根据火箭重量的变化进行调整，从而无法实现回收。

将“不变的”推力变为“可变的”，这涉及到发动机设计理念的转变，需要解决一系列关键技术问题。

接下来，还需要解决控制系统与发动机推力调节特性的匹配问题。就像驾驶汽车时踩油门会有一定延迟，火箭发动机的推力调节也会有延迟。控制系统需要根据发动机的推力调节特性，智能地控制火箭。

那么，如何判断这些技术和算法是否达到了标准呢？可以通过进行“模拟考”来进行验证。

在一枚可重复使用的火箭真正发射之前，可以先使用试验箭在低空低速状态下对相关技术进行测试。这个过程被称为“蚱蜢跳”。

2024年1月19日，朱雀三号进行了首次“蚱蜢跳”测试，飞行高度约为350米，着陆位置精度达到了2.4米。这次测试验证了朱雀三号在低空低速状态下的火箭垂直回收发动机调节能力、控制系统与发动机推力调节特性的匹配性，以及火箭垂直回收的制导控制算法的有效性。

△2024年1月19日，朱雀三号火箭完成首次大型垂直起降飞行试验。

模拟测试是火箭回收技术验证的重要步骤，但模拟测试并不能代表火箭在实际的入轨发射中的表现。"蚱蜢跳"测试虽然能验证火箭在低空低速状态下的回收能力，但并不能确保火箭在达到入轨高度和速度时也能顺利回收。

因此，在完成必要的模拟测试后，火箭公司通常会直接进行入轨发射任务。这样不仅可以通过搭载有效载荷来实现盈利，同时也能在实际的飞行条件下测试一级火箭的回收能力。如果首次尝试不成功，公司会根据实际飞行数据来调整技术和算法，然后进行下一次尝试，通过不断的迭代来逐步实现目标。SpaceX就是通过这样的技术路径逐步实现了火箭的可回收性。

戴政提到，朱雀三号计划在2025年6月进行首次飞行。至于它需要多少次发射才能成功回收一级火箭，目前还难以预测。如果一切顺利，预计到2025年底可以实现回收。

同时，我们也应该认识到，可重复使用火箭不仅仅是一个技术问题，还涉及到经济问题，特别是如何跨过"盈亏平衡点"。开发可重复使用火箭的根本目的是为了降低发射成本。

如果火箭的一级需要回收，那么在发射过程中就不能将所有燃料都消耗掉，而是需要预留一部分用于在火箭坠落过程中再次点火减速，并精确控制火箭在回收场着陆。这意味着火箭在可回收状态下的运载能力相比一次性使用状态会有所降低，因为燃料并没有完全燃烧，实力有所保留。因此，如何平衡技术实现和经济效益，是开发可重复使用火箭需要考虑的另一个重要方面。

商业火箭企业靠卖运载能力赚钱，如果回收回来的火箭价值，抵不上火箭运载能力的损失，做这件事的成本就大于收益，火箭回收也就失去了意义。

所以对于可回收火箭来说，运载损失要控制在一定比例之下。规律是，火箭越大，可回收状态相比一次性使用状态，损失比例越小，越有可能跨过盈亏平衡点，甚至大幅降低成本。而要造出更大的火箭，也要攻克一系列技术难题。

“我们正在走第二步，SpaceX的第三步已经走了一半。”戴政坦言差距，但并不气馁，“虽它在前面跑，我们在后面追赶，但我们还看得到它，而且我们跑的速度比它快，差距会不断缩小。我们的劣势是起步比较晚，但有很多方面的优势。”

首先是中国工业基础的优势。

△朱雀二号运载火箭总装现场

航天产业是一个高度复杂且涉及众多领域的系统工程，它需要广泛的材料和工业技术支撑。对于一个国家而言，拥有全面的工业品类是推动航天产业发展的关键优势。

中国作为一个制造业大国，拥有联合国产业分类中的全部工业门类，无论是在材料供应还是工艺技术上，都具备了全面性，并且具有成本优势。这不仅吸引了众多跨国企业在中国设立生产基地，也是中国制造业能够在全球市场上具有竞争力的重要因素。在手机、电动汽车、光伏等多个行业中，中国制造都展现出了其价格竞争力。

在中国强大的工业基础之上，商业航天产业也有望发展成为具有全球竞争力的行业。此外，中国还拥有人才优势，国家高度重视理工科教育，培养了大量工程师，这些人才为中国航天产业的发展提供了强有力的支持。

政策的支持也是中国商业航天发展的重要推动力。2015年，中国发布了《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015年—2025年）》，提出推动民用空间基础设施的市场化和商业化发展，鼓励社会资本参与。这一政策的出台，标志着中国商业航天的起步。

随后，2019年，中国进一步出台了《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》，旨在促进商业运载火箭的健康有序发展，降低进入空间的成本。这些政策的实施，为商业航天企业的发展提供了良好的环境。

经过近10年的发展，中国商业航天已经从最初的探索阶段，进入到了一个以实力竞争为主的成长期。国家和地方政府也在不断出台新的政策，以支持商业航天产业的进一步发展。2024年的政府工作报告中，商业航天首次被提及为新的增长引擎之一。

在地方层面，北京、上海、海南、安徽等地纷纷出台政策，鼓励商业航天产业集群的形成。以北京为例，这里不仅有可重复使用火箭技术创新中心，还在推动建设火箭大街、卫星小镇等产业集聚区，成为中国商业航天发展的一个缩影。

在北京亦庄的火箭大街，聚集了多家市场估值高的民营火箭企业，展现了中国商业航天的活力和潜力。

△2024年2月3日，北京商业航天产业高质量发展大会在亦庄举办，与会者在参观火箭发动机。

促进集群发展的同时，针对商业航天企业发展中面临的实际问题，各方也在合力推动解决。

比如，随着我国商业运载火箭的发射次数显著提升，对发射工位的需求也水涨船高。我国首个商业航天发射场——海南国际商业航天发射中心应运而生。

△海南国际商业航天发射中心

酒泉卫星发射基地也在积极规划商业航天发射示范区，未来将为商业航天公司提供更多的通用发射工位。同时，一些领先的企业已经获得了建设自己独立工位的批准。

海南国际商业航天发射中心的快速建设，体现了中国商业航天发展的迅猛速度。戴政预测，在未来两到三年内，中国商业航天将迎来快速增长期。预计从2025年下半年到2026年上半年，卫星互联网星座将进入高密度组网阶段，同时中国的可重复使用火箭技术也将取得重要突破。

商业航天的发展不仅服务于国家的战略目标，也为普通民众带来了低成本享受太空便利和美好的可能性。例如，低轨卫星互联网的运营将使得飞机上的网络连接更加顺畅，户外探险者也不再需要担心手机信号问题。

放眼长远，随着商业航天的进一步发展和壮大，人类进入太空的能力将得到加强，成本也将降低。我们可以期待，未来普通人也将能够负担得起太空旅行的费用，太空旅行将逐渐成为常态。这不仅将为人类探索宇宙提供更多机会，也将为我们的生活带来更多可能性和想象空间。